使用面料来“听”到空间灰尘 - 宇宙尘埃探测器和太空服智能皮肤的智能面料

一支麻省理工学院研究人员已经向国际空间站派出了一个被动智能面料样本的一组，持续一年，以帮助确定这些面料在低地轨道上存活的良好。

织物样品被送到国际空间站以进行弹性测试;可能的应用包括宇宙灰尘探测器或SPACESUIT智能皮肤。

上个月的麻省理工学院研究人员团队将各种高科技面料的样品发送到国际空间站的各种高科技面料，一些用嵌入式传感器或电子产品。样品（目前无力）将暴露在空间环境中一年，以确定这些材料在低地球轨道的恶劣环境中幸存下来的基线。

希望在于这项工作可能导致航天器的热毯，这可以充当用于撞击微般的微晶体和空间碎片的敏感探测器。最终，另一个目标是新的智能面料，让宇航员通过加压套装感到触摸。

麻省麻省理工学院多学科团队的三位成员，研究生朱安娜·斯科顿媒体实验室，以及化学系的玉陈太阳，以及电子产品研究实验室的博士威妍，讨论了实验雄心勃勃的目标麻省理工学院新闻。

问：您能否描述您发送到国际空间站的面料样本，以及您希望在空间曝光后从中获取哪些信息？

Cherston：国际空间站的白色实际上是一种称为β布的保护织物材料，这是一种特氟隆浸渍的玻璃纤维，旨在屏蔽来自低地球轨道的恶劣元素的航天器和Space。几十年来，尽管在空间资产外部提供大区域房地产，但这些面料仍然是电气被动的。

我们想象将这个航天器皮肤转变为巨大的空间碎片和微象性冲击传感器。我们与Jaxa，日本空间机构和空间BD合作的样本，发送到国际空间站，将像电荷敏感的合成毛皮一样的材料 - 一种早期概念 - 和振动敏感光纤传感器 - 我们的项目的重点 - 进入太空 - 弹性织物。所得到的织物可用于检测科学兴趣的宇宙灰尘，以及对航天器的损坏检测。

很容易假设自从我们已经将这些材料发送到空间，这项技术必须非常成熟。实际上，我们正在利用空间环境来补充我们的重要地面测试努力。所有这些织物传感器对于该第一空间测试将保持不起动力，并且样品被子在车站的外壁上占10厘米的总面积。

我们的重点是将其弹性的弹性与空间环境基于。在一年内，这些样品将返回地球以进行后期分析。我们将能够衡量原子氧的任何侵蚀，从紫外线辐射中的变色，以及在热循环一年后对光纤传感器性能的任何变化。我们还有一些机会发现了一些微米微晶体的暗示。我们还在准备目前预定于2021年末或2022年初预定的电力部署（最近由IS国家实验室授予该项目）。此时，我们将向纤维施加额外的保护涂层，实际上在空间中操作它们。

燕：织物样品含有热拉的“声学”纤维，该纤维具有能够将机械振动能量转换为电能（通过压电效应）。当微晶或空间碎屑撞击织物时，织物振动，“声学”光纤产生电信号。我们的研究组在MIT超过20年的MIT开发了热绘制的多纤维;这些声学纤维的特殊是对机械振动的精致敏感性。由于空间粉尘撞击织物表面的位置，织物已被示出以检测和测量撞击。

问：该项目的最终目标是什么？您对空间环境中的先进面料预见了哪种用途？

Cherston：我特别热衷于证明对基本科学调查有用的仪器可以直接纳入持久航天器的织物皮肤，迄今为止是未使用的，非常珍贵的房地产。特别是，我开始评估这些皮肤是否足够敏感，以检测百万岁的超新星爆炸，几十或数百光年远离地球的宇宙粉尘。刚去年，在新鲜的南极雪中发现了这种类型的星际尘埃的同位素签名，所以我们相信一些这种灰尘仍然在太阳系周围嗖嗖地嗖嗖地，拿着超新星爆炸动态的线索。原位表征其分发和运动学是目前我最雄心勃勃的科学目标。

更一般地说，我很乐意看到先进的纤维和织物解决空间中的基本物理兴趣的其他问题，也许通过利用光纤或辐射敏感材料来产生大的孔径传感器。

我的小组中的一些学生还开发了一种概念原型，其中在穿着者的生物皮肤上映射到耐压轴承臂的外部皮肤的感觉数据。使用这个系统，宇航员将能够通过他们的脚踏运动员感到纹理和触摸！新环境的直接经验是人类探索的核心。

冲击敏感的皮肤也可用于持久航天器的损坏检测。在实践中，织物的能力本地化空间碎片和微观物流损坏以及我们将如何真正向航空航天工程师销售概念。

燕：虽然空间时代始于63年前，当苏联的斯图尼克1被发射到一个椭圆形的低地轨道时，许多未答复的问题仍然是对空间环境对人类的影响，以及宇航员在空间环境中运作时的安全性。虽然我们的项目的主要重点是在航天器外部使用的增强面料，但我也设想了未来的Spacesuits将是电气活跃和高度多功能的。

埋藏在西装内的纺织品将能够通过询问大区域的生理信号来实时监测宇航员的健康状况。织物还可以用作局部加热和冷却系统，辐射剂量计，高效的通信基础设施（通过织物光学和声学）。它们可能会收获太阳能以及振动的少量能量，并将这种能量存储在纤维电池或超级电容器中，这将使系统能够自动。织物甚至可能是外骨骼的一部分，有助于宇航员在行星体和微匍匐体内操纵。游戏中的一个广阔的愿景是将巨大的功能包装成太空弹性纺织品，从而为空间面料创造了“摩尔定律”的模拟。

问：有什么让你对这个主题感兴趣，并且在让准备被送入太空的材料时，这一体验的兴趣是什么样的？

燕：空间绝对是我们研究的新前沿，而在环境条件下已经设想了大量的地面应用程序甚至水下。从低地球轨道到行星体，空间是具有原子氧，辐射，高速冲击器和极端温度循环的独特环境。纤维和织物将如何在那里进行，并且在纤维材料中会诱导什么变化？如何设计电子面料以满足航空航天应用的需求？有这么多科技问题。

太阳：我们的集团[与北斯尼尔森化学教授]努力推动实验可实现的影响测试的限制，我们总是因新的挑战而兴奋。最近，我们一直在冒险进入高速力学，使用我们实验室设计的激光加速器设施来冒险，测试新颖的材料，跨越聚合物，薄膜和纳米考虑材料，以在速度超过每秒1公里的速度上撞击靶表面上的微小颗粒。

当兴观的想法来测试一种能够检测低地球轨道和超越影响的材料时，我们对我们的立即有兴趣，因为它与我们以前的研究重点不同。这些实验肯定更困难，并且复杂于我们的习惯，有许多活跃的部件来维持。当我们的初步影响实验成功和鼓励时，我认为我们都非常感到惊讶。

Cherston：虽然太空发射令人兴奋，但实际上我们迄今为止的一些最令人信服的数据来自地面的影响测试。最初，它并不明显，具有稀疏综合传感元件的织物传感器实际上可以检测这种小而快速的颗粒。在我们的第一次严重影响测试活动中有一个非常大的几分钟，在此期间，玉辰逐渐增加了加速到我们传感器上的颗粒的数量，同时持有实验常数的所有其他方面。不断增长的信号是我们看到真正的影响签名的吸烟枪支迹。

在个人层面上，我真的很着迷，因为利用非常规技术，如织物，因为科学意义的问题。而且我认为通过加压的太空服感觉到的想法是令人愉快的！

参考：“太空中的大型电子皮肤：第一个航空航天压电电子纺织品的视觉和预检”由Juliana Cherston，David Veysset，Yuchen Sun，Hajime Yano，Keith A. Nelson，Shobha Murari和Joseph A. Paradiso，4月23日4月23日，proc。SPIE 11379，传感器和智能结构技术用于民用，机械和航空航天系统2020,113791q.doi：
10.1117/12.2557942